DE3315150A1

DE3315150A1 - Selbsttaetige lautstaerke-regelvorrichtung

Info

Publication number: DE3315150A1
Application number: DE19833315150
Authority: DE
Inventors: Yasumasa Fukatsu; Shuichi Mori; Takashi Tokorozawa Saitama Sakakibara
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1982-04-28
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1983-11-10
Anticipated expiration: 2003-04-28
Also published as: US4553257A; GB2123230A; GB8311509D0; DE3315150C2; DE3315150C3; GB2123230B

Description

OHUNEiCKf: R. KINKt I Dt.Y, fi IOCKMAIH & PARTNER PATENTANWÄLTE

A ORUNECKER. μ «η OfI H. KINKEI.DEY i«..w DR W. STOCKMAjR. OMn--'Na, DR K SCHUMANN. o»».pw» P H JAKOB. tw. x> DR G BEZOLD. ο«, οβ* W MEISTER. om_*G

Η. HILGERS. t>«- ·«

DR H MEYER-PLATH. oeL-

8000 MÜNCHEN 2S MAXIfcMUANSTRASSE 43

Selbsttätige Lautstärke-Regelvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Lautstärke-Regelvorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine selbsttätige Vorrichtung zur Lautstärkeregelung, die einem Hörer ermöglicht, an Plätzen, an denen der Pegel des Umgebungsgeräuschs hoch ist, wiedergegebene Töne klar zu hören.

Wenn in einer Umgebung mit starkem Nebengeräusch Musik gespielt wird, so kann diese von dem Geräusch überdeckt werden. Wird beispielsweise in einem fahrenden Kraftfahrzeug Musik durch ein Stereophon-Bandspielgerät oder -Radio wiedergegeben, so kann die Musik zeitweise durch das Umgebungsgeräusch, wenn sich der Geräusch- oder der Musikschallpegel ändern, überdeckt werden.

Um dieses Problem zu lösen, wurde eine selbsttätige Lautstärke-Regelvorrichtung vorgeschlagen, die den Ausgangsschallpegel in Abhängigkeit von einem erfaßten Umgebungs--

geräuschpegel einstellt und für die ein Beispiel anhand der Fig. 1 bis 3B erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen sel.bsttätigen Lautstärke-Regelvorrichtung;

Fig. 2 sowie 3A und 3B auf die Vorrichtung von Fig. 1 bezogene Kennwertdiagramme.

Bei der Vorrichtung von Fig. 1 wird das Neben- oder Umgebungsgeräusch von einem Detektor oder Meßfühler 1 erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das einer Geräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 zugeführt wird, die ein den Geräuschpegel kennzeichnendes Signal erzeugt. Das auf diese Weise gelieferte Geräuschpegelsignal wird in einer Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 4 mit einer Konstanten c* multipliziert, und diese Schaltung 4 gibt als Ergebnis ein Verstärkungsregelsignal A aus.

Ein gewünschtes Stimmen- oder Musiksignal B, das an eine Signaleingangsklemme 3 gelegt wird, wird über eine Verstärkungsregelschaltung 5 einem Leistungsverstärker 6 zugeführt, in dem es verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird durch einen Lautsprecher 7 wiedergegeben. Bei dieser Arbeitsweise verändert die Verstärkerregelschaltung 5 die Verstärkung . in Übereinstimmung mit dem von der Konstantschaltung 4 aus~ gegebenen Verstärkungsregelsignal A, d.h., daß bei Ansteigen des Umgebungsgeräuschpegels der Pegel des vom Lautsprecher 7 abgegebenen Tons erhöht wird, so daß der Hörer den gewünschten Wiedergabeton gut hören kann. Die Bezie-

hung zwischen dem Umgebungsgeräuschpegel und der Lautstärke ist in Fig. 2 gezeigt, woraus zu entnehmen ist, daß die mittlere Lautstärke b bei Ansteigen des Umgebungsgeräuschs a größer wird. _v

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird der erzeugte Ausgangston nur gemäß dem U'mgebungsgeräuschpegel verändert. Deshalb liegt bei dieser Vorrichtung der Nachteil vor,

daß sie in dem Fall nicht besonders wirksam ist, wenn sich der eingegebene gewünschte Signalpegel beträchtlich ändert.

Beispielweise wird bei einer Symphonie, bei der eine erhebliehe Veränderung im mittleren Schallpegel gegeben ist, ein Musikton von niedrigem Pegel in einem Bereich D, wie Fig.3 zeigt, überdeckt. Wird die Verstärkung erhöht, um ein Überdecken des schwachen Signals c (von niedrigem Pegel) zu verhindern, dann tritt eine Schwierigkeit insofern auf, als das starke Signal e (von hohem Pegel) eine übermäßige Lautstärke in einem Bereich f hat, wie Fig. 3 zeigt, was möglicherwiese eine Verzerrung des Signals im Lautsprecher oder Leistungsverstärker hervorruft.

Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, eine selbsttätige Lautstärke-Regelvorrichtung zu schaffen, die auch dann wirksam und leistungsfähig ist, wenn sich der Eingangssignalpegel ändert.

In Übereinstimmung mit dem obigen Ziel und weiteren Zielen wird für ein Gerät zur Verstärkung sowie Wiedergabe von Tonsignalen in Gegenwart von Nebengeräusch eine selbsttätige Lautstärke-Regelvorrichtung geschaffen, die eine Einrichtung zum Erfassen eines Geräuschpegels, eine Einrich-

tung zum Erfassen eines (musikalischen oder stimmlichen) Schallpegels, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Pegelsignals, das einen in Übereinstimmung mit den Ausgängen der beiden Pegelerfassungseinrichtungen bestimmten Pegel hat, und eine Einrichtung zur Einstellung eines Verstärkungs-

grads des Tonsignals in Übereinstimmung mit diesem Pegelsignal aufweist. Vorzugweise erzeugen die Einrichtungen zur Erfassung des Geräusch- und des Schallpegels Ausgangssignale, die die Pegel der Geräusch- sowie Schallsignale

über einem ersten bzw. zweiten Bezugspegel darstellen, 35

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung liegt das Regelsignal vor als:

AG =oc(N - N₀)+^(N - N₀)(S - Sq)₊ J(S - S_Q) r. worin

N der Umgebungsgeräuschpegel,
S der Schallpegel,
Ν« der erste vorbestimmte Bezugspegel, Sq der zweite vorbestimmte Bezugspegel, °*'^'^ Konstante sind.

Die Geräusch und Schallsignalpegel werden vorzugsweise mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erfaßt, wobei die für das Erfassen des Geräuschpegels verwendete Zeitkonstante größer gewählt wird als die für das Erfassen des Schallsignalpegels verwendete. In diesem Fall liegt das Regelsignal zur Steuerung der Verstärkung des Schallsignals vor als:

AG = ΔΝ (μ + ÄAS)
worin:

- (1/ΔΝ) = A = ο und vorzugsweise

- 0,04 = λ = 0 ist.

Bei einer anderen Ausführungsform wird das Regelsignal festgesetzt in Übereinstimmung mit:

a) AG = A . ν für ν < 0 und

b) AG = 0 für ν έ 0 worin

ν = AS -/$ΔΝ -AS_t und
i

j eine negative Konstante sind. In diesem Fall ist μ =0 und -1= Λ < 0.

. Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen _o_ erläutert. Es zeigen:

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer selbstätigen Lautstärke-Regelvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 und 6 auf die Ausführungsform von Fig. 4 bezogene Kennwertdiagramme;
Fig. 7 eine zweite und

Fig. 8 eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer selbsttätigen Lautstärke-Regelvorrichtung gemäß der Erfindung ;
Fig. 9 einen Schaltplan einer bei der Regelvorrichtung

von Fig. 8 zur Anwendung kommenden Rechenschaltung; Fig. 10, 11A, 11B, 12 und 13 auf die Ausführungsformen

von Fig. 8 und 9 bezogene Kennwertdiagramme; Fig.14 einen Schaltplan einer vierten bevorzugten Ausfüh- !5 rungsform einer selbsttätigen Verstärkungsregelvorrichtung gemäß der Erfindung; Fig.15 ein auf die Ausführungsform von Fig. 14 bezogenes Kennwertdiagramm;

Fig.16 einen Schaltplan einer fünften Ausführungsform einer selbsttätigen Lautstärke-Regelvorrichtung

gemäß der Erfindung;
Fig.17 ein auf die Ausführu-ngsform von Fig. 16 bezogenes Kennwertdiagramm;

Fig.18 einen Schaltplan für eine beispielhafte Geräuschpegel-Erfassungsschaltung;

Fig.19 einen Schaltplan für eine beispielhafte Signalpegel-Erfassungsschaltung.

Bei der gemäß Fig. 4 aufgebauten Ausführungsform einer selbsttätigen Lautstärke-Regelvorrichtung gemäß der Erfindung sind diejenigen Bauteile, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 schon beschrieben wurden^:, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Die Vorrichtung von Fig. 4 umfaßt u.a. die folgenden Bauteile: eine Signalpegel-Erfassungsschaltung 8, die den Pegel eines' gewünschten Eingangssignals B erfaßt; einen Rechenschaltkreis 9, der die Ausgänge der Geräuschpegel- so-_Wie der Signalpegel-Erfassungsschaltung 2 bzw. 8 empfängt und diese einer Multiplikation unterwirft; eine zweite Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 10, in der der Ausgang der Eingangssignalpegel-Erfassungsschaltung 8 mit einer Konstanten fi> multipliziert wird; eine dritte Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 11, in der der Ausgang des Rechenschaltkreises 9 mit einer Konstanten %■ multipliziert wird; Verstärkungsregelschaltungen 12 und 13 zur Änderung des dem Leistungsverstärker 6 zugeführten Signalpegels in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen von den Maßstabfaktor-Multiplizierschaltungen 10 und 11.

Vor einer Erklärung der Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung werden die Beziehungen zwischen der Lautstärke (Lautstärkeregelgrad) sowie dem Geräuschpegel und zwischen der Lautstärke sowie dem tatsächlichen Musiktonpegel erläutert, die in Fig. 5 bzw. 6 dargestellt sind. Wie Fig. 5 zeigt, ist die Beziehung zwischen dem Geräuschpegel (in dB) und der Lautstärke (Verstärkung in dB), die nötig ist, um eine gute Hörbarkeit für den wiedergegebenen Ton zu bieten,

im wesentlichen im Bereich der Geräuschpegel, die gewöhnlicherweise in einem fahrenden Kraftfahrzeug als auftretend erwartet werden können, linear. Diese Beziehung kann durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden:

AG₁ = ot(N - N₀) (1)

worin

AG₁ (dB) die Größe der Verstärk-ungsänderung im gewünschten Schallpegel ist, die nötig ist, um erwünschte Hörbedingungen aufrechtzuerhalten, wenn sich der Geräuschpegel von einem Bezugswert N_Q (dB) zu einem Wert N (dB) ändert, und

<?cdie Neigung der Geraden in Fig. 5 sind.

Die Fig. 6 gibt die Beziehung zwischen dem Musiktonpegel (dB) und der allgemeinen Lautstärke (Verstärkung in dB) für vorbestimmte Geräuschpegel a, b und c an. Wie im Fall von Fig. 5 ist die Beziehung für jeden Geräuschpegel im wesentlichen linear, wenngleich sich die Neigung /3 mit dem Geräuschpegel ändert. Die Beziehung kann ausgedrückt werden durch:

AG₂ = /3(S - S₀) (2)

worin

AGp (dB) die Größe der Verstärkungsänderung ist, die

nötig ist, um erwünschte Hörbedingungen aufrechtzuerhalten,

wenn sich der Musikpegel von einem Bezugswert S_n (dB) zu

einem Wert S (dB) ändert. Die Neigung ß ist somit eine Funktion des Geräuschpegels:

/a = f(N - N₀) (3)

Es wurde experimentell gefunden, daß β im wesentlichen näherungsweise als eine Funktion von (N - N_Q) ausgedrückt werden kann durch:

/i = (N - N₀) + <i (4)

Damit wird:

AG₂ =^(N - N₀)(S - S₀)+ ^(S - S₀)

Somit kann in dem Fall, da Musik von veränderbarem Pegel in Gegenwart von Geräusch von veränderbarem Pegel gespielt wird, die benötigte Änderung AG in der Lautstärke-

regelung wiedergegeben werden durch:

= OC(N - N₀J₊Jf(N - N₀)(S - S₀)+ ^ (S - S₀) "(5)

BÖ

Demzufolge wird bei der in Fig. 4 gezeigten Schaltung der Ausgang der Eingangssignalpegel-Erfassungsschaltung 8 der zweiten Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 10 zugeführt, in der er mit einer Konstanten multipliziert wird. Der so erzeugte Ausgang wird an die Verstärkungsregelschaltung 12 gelegt. Der Ausgang des Rechenschaltkreises 9 wird in der Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 11 mit einer Konstanten multipliziert und der Verstärkungsregelschaltung 13 für eine Verstärkungsregelung zugeführt.

Durch Vorsehen von geeigneten Werten für die Maßstabfaktoren c* bzw. h bzw. f bei den Maßstabfaktor-Multiplizierschaltungen 4 bzw. 10 bzw. 11 wird der Ausdruck (5) erfüllt. Auf diese Weise werden, selbst wenn der Umgebungsgeräuschoder der Eingangssignalpegel einer Änderung unterliegt, optimale Hörbedingungen allzeit aufrechterhalten.

Wenn, wie in Fig. 7 angedeutet ist, ein Rechenschaltkreis 9¹ so ausgelegt ist, daß er die durch den Ausdruck (5) angegebenen Berechnunaen unmittelbar ausführen kann, dann können die Maßstabfaktor-Multiplizierschaltungen 4 sowie und die Verstärkungsregelschaltungen 5 sowie 12 entfallen.

Die Fig. 8 zeigt die allgemeine Anordnung für eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen selbsttätigen Lautstärke-Regelschaltung, die eine Rechen- und Regelschaltung 9" aufweist, welche ein Verstärkungsregelsignal A zur Steuerung der Verstärkungsregelschaltung 10 liefert, indem die Ausgangssignale der Geräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 und der Eingangssignal-Erfassungsschaltung 8 einer Rechenoperation, die mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben wird, unterworfen werden.

Gemäß Fig. 9 wird in einer Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 20 eine den Pegeländerungen Δ S (dB) des von der Eingangssignalpegel-Erfassungsschaltung 8 zugeführten Eingangssignals mit Bezug auf den Bezugssignalpegel S_Q(dB) proportionale Spannung mit einer Konstanten λ multipliziert,

In einer Addierschaltung 21 wird eine eieer positiven Konstanten μ entsprechende Spannung dem Ausgang der Multiplizierschaltung 20 zugefügt. In der Multiplizierschaltung 22 wird das Produkt aus dem Ausgang der Addierschaltung 21 und einer einer Geräuschpegeländerung ΛΝ (dB) mit Bezug auf einen Bezugsgeräuschpegel N_Q (dB(A)SPL) entsprechenden Ausgangsspannung, die von der Geräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 geliefert wird, gebildet, wobei die Multiplizierschaltung 22 eine zu AN(p + AAS) proportionale Spannung erzeugt, die an eine Begrenzerschaltung 23 gelegt wird.

Bei dieser Anordnung wird durch die Geräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 eine der Geräuschpegeländerung N_Q(dB(A)SPL)

proportionale Gleichspannung ausgegeben. Hierbei wird der Bezugsgeräuschpegel N_Q(dB(A)SPL) so gewählt, daß er die untere Grenze des Umgebungsgeräuschpegels bildet, oberhalb welcher eine Lautstärkeregelung erforderlich ist. Im allgemeinen wird er fest oder variabel im Bereich von 40 bis 60 (dB(A)SPL) eingestellt. Die Geräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 enthält einen Schaltkreis, z.B. ein Tiefpaßfilter, um Umgebungsgeräusch- und gewünschte Tonsignale voneinander zu trennen, so daß lediglich der Umgebungsgeräuschpegel erfaßt wird.

Der Pegel des (gewünschten) Eingangssignals, das an die Eingangssignalklemme 3 gelegt wird, wird durch die Eingangssignalpegel-Erfassungsschaltung 8 festgestellt, die . ein einem inkrementellen Wert As mit Bezug zum Bezugssignalpegel S_Q proportionale Gleichspannung abgibt. Hierbei ist es wünschenswert, daß der Bezugssignalpegel Sq (dB) auf einen Durchschnittswert des erwarteten Bereichs von Eingangssignalpegeln eingestellt wird. Im Fall von zwei

Kanälen sollte die Summe der Eingangssignale in den beiden 35

Kanälen erfaßt werden.

Zeitkonstantenschaltungen der Geräuschpegel- sowie Signalpegel-Erfassungsschaltungen 2 bzw. 8 sind in Fig. 18 bzw.19 gezeigt. Eine Zeitkonstante r wird durch einen Widerstand R,. sowie einen Kondensator C,, eine Zeitkonstante r wird durch einen Widerstand R₂ sowie einen Kondensator C₂ und eine Zeitkonstante r_f wird durch einen Widerstand R₃ und den Kondensator C₂ bestimmt. Ferner sind eine Rückstromfluß-Sperrdiode D und ein Verstärker A₁ vorhanden. In der Signalpegel-ErfassungsschaltLtng 8 ist es für die Zeitkonstante r_f für eine Pegelabnahme erwünscht, daß sie größer ist als die Zeitkonstante r für eine Pegelzunahme und daß jede der beiden Zeitkonstanten kleiner ist als die Zeitkonstante r_n der Umgebungsgeräuschpegel-Erfassungsschaltung 2. Eine Regelung wird bewirkt derart, daß die Verstärkung erhöht wird, wenn das Musiktonsignal auf einem niedrigen Pegel ist. Deshalb kann, falls die Zeitkonstante r nicht kleiner als *"f ist, bei einem abrupten Anstieg des Signalp-egels das Signal auf einem zu hohen Ausgangspegel wiedergegeben werden. Ein natürlich wiedergegebener Schall oder Ton kann somit dadurch erhalten werden, daß man die Zeitkonstante r_p kleiner macht als die Zeitkonstante r^. Im allgemeinen ist die Pegeländerung eines Musiktonsignals schneller als die des Geräuschs. Deshalb werden die Zeitkonstanten r_f und "Zf kleiner gemacht als die Zeitkonstante r_p, so daß abrupten Änderungen im Musiktonpegel gefolgt werden kann.

Das auf diese Weise erfaßte Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 8 wird in der Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 20 mit einem konstanten, negativen Faktor λ multipliziert.

Der Wert des Faktors A wird für die Bestimmung eines Signalpegel-Pressungsgrades gewählt, der mit Bezug auf Erhöhungen im Umgebungsgeräuschpegel ansteigt. Die Konstante liegt vorzugsweise im Bereich von -0,04 < λ i 0 und kann seitens der Bedienungsperson wählbar sein. In der Addierschaltung 21 wird eine dem positiven Faktor μ entspr-echende Spannung dem Ausgang der Multiplizierschaltung 20 zugefügt. Der Faktor μ ist eine Konstante, die dazu herangezogen wird, eine

ι Verstärkungszuwachsrate für ein Bezugspegeleingangssignal mit Bezug zu Erhöhungen im Umgebungsgeräuschpegel zu bestimmen. Diese Konstante liegt allgemein in einem Bereich von 0 = u < 1 und kann ebenfalls seitens der Bedienungsperson wählbar sein.

Die Multiplizierschaltung 22 bildet das Produkt aus dem Ausgang der Umgebungsgeräusch-Erfassungsschaltung 2 und aus dem Ausgang der Addierschaltung 21. Die Ausgangsspannung der Multiplizierschaltung 22 ist somit zu ΔΝ(μ + AAS) proportional. Eine Zweiquadrant-Multiplizierschaltung kann für diese Schaltung 22 zur Anwendung kommen, wobei der Ausgang der Umgebungsgeräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 mit der positiven Eingangsklemme und der Ausgang der Addierschaltung 21 mit der bipolaren Eingangsklemme dieser Schaltung 22 verbunden werden. Somit wird, wenn der Umgebungsgeräuschpegel niedriger ist als der Geräuschbezugspegel, d.h., wenn ΔΝ = 0 ist, eine Lautstärkeregelung mit dem Ausgang 0 der Multiplizierschaltung ausgeführt.

Das auf diese Weise erhaltene Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 22 wird durch die Begrenzerschaltung 23 als ein Verstärkungsregelsignal A an die Verstärkungsregelschal-· tung 13 gelegt, die variabel ist und aus einem spannungsgeregelten Verstärker od. dgl. besteht, dessen Verstärkung logarithmisch linear geregelt werden kann. Deshalb kann durch Anpassen der Regelempfindlichkeit an die Charakteristik der Ausgangsspannung der Multiplizierschaltung 22 eine Regelung in einer solchen Weise bewirkt werden, daß die Verstärkung AG(dB) für das von der Signaleingangsklemme 3 zugeführte Eingangssignal die folgende Gleichung erfüllt:

AG = AN(u +AAS) (6)

Die Fig. 10 zeigt die Wirkung in der Lautstärkeregelung der oben beschriebenen Vorrichtung. Hierbei ist der Maximalwert des Eingangssignalpegels gleich S_n + AS (dB) und der

U III u A

Minimalwert gleich S_n + AS_. (dB), wobei AS_mav >0 und AS ■ < 0 ist. Ferner gibt die Ordinatenachse die Summe von Eingangssignalpegel und Verstärkung (in dB), die Abszisse den Umgebungsgeräuschpegel (in dB) an. Wenn letzterer niedriger ist als der Bezugsgeräuschpegel Nq (in Fig. 10 durch a angegeben), so wird keine Lautstärkeregelung ausgeführt, weshalb AG = 0 ist. Wenn der Umgebungsgeräuschpegel ansteigt, so wird in Übereinstimmung mit Gleichung (6) eine selbsttätige Lautstärkeregelung durchgeführt. Für eine Zunahme ΔΝ (durch b in Fig. 10 angegeben) ist die Verstärkungsänderung AG,, mit Bezug zum mittleren Signalpegel S_Q somit ΔΝμ (AG₁ =ΔΝμ). Gleicherweise ergeben sich eine Verstärkungszunahme -AG₂ für den maximalen Signalpegel S_n + AS_m3V und eine Verstärkungszunahme AGo für den

U ΠΙ α Χ Ο

minimalen Signalpegel S_Q +AS · , wie folgt: AG₂ = ΔΝ(ρ ₊ AAS_max) und

AG₃ = ΔΝ(μ +AAS_min)
worin
^N ^ O, μ = O, λ = O, AS_mav > O und AS -_n < O sind,

Κι α Λ in XiI

woraus folgt, daß

Δ G₂ = AG₁ = Λ G₃ ist. Das heißt mit anderen Worten, daß eine selbsttätige Lautstärkeregelung in der Weise ausgeführt wird, daß bei abnehmendem Signalpegel die Verstärkung erhöht.und bei ansteigendem Signalpegel die Verstärkung vermindert wird. Es wird somit eine selbsttätige Lautstärkeregelung in geeigneter Weise derart ausgeführt, daß ein schwaches Eingangssignal nicht durch ein Umgebungsgeräusch überdeckt und ein starkes Signal nicht mit übermäßig hohem Pegel wiedergegeben wird. In dem Fall, da der Umgebungsgeräuschpegel ausreichend niedrig ist (ΔΝ = O) wird AG = O, und somit wird keine automatische Lautstärkeregelung herbeigeführt.

Es wird nun auf die Einstellung des Bezugslautstärkepegels während der Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung und ihre Wirkung eingegangen. Der hier gebrauchte Ausdruck "Bezugslautstärkepegel" soll einen mittleren Lautstärkepegel bezeichnen, der vom persönlichen Empfinden oder einer Wahl abhängt und vom Hörer für einen schwachen oder niedrigen Umgebungsgeräuschpegel (ΔΝ = 0) eingestellt wird. In der Signalpegel-Erfassungsschaltung 8 ist der Bezugswert für die Pegelerfassung im allgemeinen fest. Deshalb hängt der Regeleffekt davon ab, ob das Einstellen der Bezugslautstärke vor oder nach einer Signalpegelerfassung ausgeführt wird.

Die Fig. 11A zeigt die in dem Fall erhaltenen Regeleffekte, !5 da bei gleichen Regelkonstanten λ und μ die an der Klemme 3 eingegebene Bezugslautstärke eingeregelt und von Hand durch einen Regel-widerstand an einem Tonbandgerät, Tuner od.dgl. eingestellt wird. Die Fig. 11B zeigt die in dem Fall erhaltenen Regeleffekte, da das Einstellen der Bezugslautstärke in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur selbsttätigen Lautstärkeregelung oder in der rückwärtigen Stufe der Vorrichtung nach Erfassen des Signalpegels ausgeführt wird. Wie die Fig. 11A und 11B erkennen lassen, nimmt offenbar die Regelkonstante μ ab, wenn die Bezugslautstärke ansteigt. Allgemein nimmt die Überdeckungswirkung durch Umgebungsgeräusch bei Ansteigen der Bezugslautstärke ab. Daraus ist zu erkennen, daß die Art der Regelung nach Fig. 11B dem Regeleffekt gemäß Fig. 11A überlegen ist.

Anschließend werden die Gründe für die Auswahl des Bereichs der Regelkonstanten λ erläutert. Wenn bei der Vorrichtung der Umgebungsgeräuschpegel ansteigt, so wird die Größe der Signalpegelpressung entsprechend dem Wert der Konstanten λ erhöht, und in dem Fall, da λ groß ist und AN ebenfalls groß ist, wird die Lautstärke-beziehung umgekehrt, wie Fig. 12 zeigt. Gemäß der obigen Gleichung (6) sind die Ver-Stärkungen für zwei verschiedenartige Signale AS₁ und

wobei AS.. > AS₂ ist, die folgenden: Δ G₁ = Δ Ν(μ + AaS₁) und

AG₂ = Δ Ν(μ + AAS₂)

Die Bedingung dafür, daß die Lautstärkebeziehung unverändert bebehalten bleibt, ist:

AS₁ + AG₁ = AS₂ + AG₂
Gemäß diesen Ausdrücken ist der Bereich von λ :

-(1/AN) = λ i ο

Somit wird bei ansteigendem ΛΝ der A-Einstellbereich vermindert.

Bei dem in Rede stehenden Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Maximalwert von AN = 25 (dB), woraus -0,04 = λ i 0 folgt.

Es wird nun auf eine Erscheinung, daß der Umgebungsgeräusch pegel ansteigt, während die Verstärkung vermindert wird, und auf ein Verfahren,' um das Auftreten dieser Erscheinung zu verhindern, eingegangen. Aus dem Ausdruck (6) wird deutlich, daß bei kleinem μ und großem λ wie auch großem AS manchmal die Verstärkung AG negativ werden kann. Das ist in Fig. 13 dargestellt. Um diese Erscheinung zu unterbin-

__ den, ist die selbsttätige Lautstärkeregelvorrichtung gemäß 2b

der Erfindung mit einer Begrenzerschaltung 23 versehen, die eine nichtlineare Diodencharakteristik hat, wodurch ein Negativwerden von AG verhindert wird.

₃Q Erwünschtenfalls kann die Begrenzerschaltung 23 in der Eingangsstufe der Mult.iplizierschaltung 22 vorgesehen werden, d.h., diese Schaltung 22 kann mit einer Erstquadrant-Multiplizierschaltung ausgestattet werden, die einen Ausgang nur dann liefert, wenn beide Eingänge positiv sind.

Die Fig. 14 zeigt ein weiteres Beispiel einer gemäß der Erfindung aufgebauten selbsttätigen Lautstärke-Regelvorrichtung, wobei funktionell vorher beschriebenen Elementen

ι. entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.

In Fig. 14 wird in einer Multiplizierschaltung 30' der Ausgang der Umgebungsgeräusch-Erfassungsschaltung 2 mit der Konstanten μ multipliziert. Mit der Ausgangsklemme der Multiplizierschaltung 30 ist ein Schalter 31 verbunden. In der Addierschaltung 32 wird der Ausgang der Multiplizierschaltung 30' dem Ausgang der Multiplizierschaltung 30, der über den Schalter 31 angelegt wird, zugefügt. Der Ausgang der Addierschaltung 32 wird an die Verstärkerregelschaltung 13 gelegt.

In der oben beschriebenen Schaltung ist das Maß der Signalpressung ohne Rücksicht auf den limgebungsgeräuschpegel konstant. Deshalb wird ein Regeleffekt, wie er in Fig. 15 graphisch dargestellt ist, durch öffnen des Schalters 31 für ein Signal, das einen kleinen Änderungsbereich hat, und durch Schließen des Schalters 31 für ein Signal, das einen großen Änderungsbereich hat, erhalten. Die Regelgleichungen sind in diesem Zusammenhang die folgenden:

AG = μ ΔΝ (bei offenem Schalter)

AG = pAN +AAS (bei geschlossenem Schalter) wobei

μ = 0 und -1 = λ = 0 sind.

Ein weiteres Beispiel für eine Lautstärke-Regelvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt die Fig. 16, wobei zu Fig. 14 gleiche Elemente mit denselben Bezugszahlen oder Symbolen

bezeichnet sind.

In der Addierschaltung 32 wird eine einer.negativen Konstanten Δ Sj entsprechende Spannung dem Ausgang der Maß_o_ stabfaktor-Multiplizierschaltung 30' zugefügt. In einer

Subtraktionsschaltung 33 wird der Ausgang der Signalpegel-Erfassungsschaltung 8 abgezogen. Die Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 30, die mit μ multipliziert, ist an

die Ausgangsklemme der Subtraktionsschaltung 33 angeschlossen. Der Ausgang der Maßstabfaktor-Multiplizierschaltung 30 wird über die Begrenzerschaltung 34 an die Verstärkungsregelschaltung 13 gelegt.

Wenn bei der Schaltung mit der oben beschriebenen Anordnung das Umgebungsgeräusch ansteigt, so wird die Lautstärke allmählich von einem schwachen Signalpegel aus angehoben, so daß die gewünschte Schal leistung nicht vom ' Umgebungsgeräusch überdeckt wird. Die Regelgleichungen sind in diesem Fall die folgenden:

a) AG = λ· ν (für v» < o)

b) AG = 0 (für ν £ 0) wobei

\> =AS - μΔΝ -AS₁- ist.

Die Regelcharakteristik ist die in Fig. 17 gezeigte, wobei μ = 0 und -1 = λ < 0 sind und somit ASj die obere Grenze für ein Signal ist, dessen Verstärkung erhöht wird, wenn

AN = 0 ist, und wobei die Konstante ASy entweder fest oder variabel sein kann.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, regelt die selbsttätige Regelvorrichtung gemäß der Erfindung die Verstärkung sowohl nach dem Umgebungsgeräusch- wie nach dem Eingangssignalpegel. Somit können mit dieser Vorrichtung, wenn sich der Umgebungsgeräusch- oder der Eingangssignalpegel ändert, die günstigsten und vorteilhaftesten Hörbedingungen zu jedem Zeitpunkt aufrechter-30

halten werden.

Ferner wird erfindungsgemäß eine Verstärkungsregelung selbsttätig ausgeführt, wobei hier nicht nur der Umgebungsgeräuschpegel berücksichtigt wird, sondern auch der Ein-35

gangssignalpegel. Insofern wird ein Musik tragendes Tonsignal mit einem großen Pegeländerungsbereich nicht, wenn sein Pegel schwach oder niedrig ist, von Unujobungsgerfiusch

-H¹-

überdeckt, und es wird auch, wenn sein Pegel hoch ist, in der Lautstärke nicht übertrieben werden. Unter Anwendung des Erfindungsgegenstandes wird somit die Lautstärke wirkungsvoll geregelt-

- CÄ1 ·

Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1 .J Selbsttätige Lautstärke-Regelvorrichtung für ein Gerät zur Verstärkung und Wiedergabe von Tonsignalen bei vorhandenem Umgebungsgeräusch,g ekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung eines Umgebungsgeräuschpegels, durch eine Einrichtung zur Erfassung eines Tonsignalpegels, durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Regelsignals mit einem in Übereinstimmung mit den Ausgängen der Umgebungsgeräuschpegel- sowie Tonsignalpegel-Erfassungseinrichtung bestimmten Pegel und durch eine Einrichtung zur Einstellung eines Verstärkungsgrads des Tonsignals in Übereinstimmung mit dem Regelsignal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Umgebungsgeräuschpegels ein Glied zur

Erzeugung eines ersten, einen Zuwachs des Umgebungsgeräuschpegels über einen ersten vorbestimmten Bezugspegel

kennzeichnenden Signals und daß die Einrichtung zur Erfassung des Tonsignalpegels ein Glied zur Erzeugung eines zweiten, einen Zuwachs des Tonsignalpegels über einen zweiten vorbestimmten Bezugspegel kennzeichnenden Signals umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t.'daß die Einrichtung zur Erzeugung des Regelsignals ein Glied zur Bildung eines Produkts aus dem ersten Signal sowie einer ersten vorgegebenen Konstanten und ein Glied zur Bildung eines zweiten Produkts aus dem zweiten Signal sowie einer zweiten vorgegebenen Konstanten umfaßt.
ΐδ 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Regelsignals ferner ein Glied zur Bildung eines dritten Produkts aus dem ersten und zweiten Signal sowie einer dritten vorgegebenen Konstanten umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorgegebene Konstante gleich oder größer als Null sowie gleich oder kleiner als Eins und daß die zweite vorgegebene Konstante gleich ader größer als minus Eins sowie gleich oder kleiner als Null ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Regelsignals ferner ein Glied zur Zufügung einer weiteren vorgegebenen Konstanten zum ersten sowie zweiten Produkt umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ersten und zweiten Konstanten von Hand einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur · Erzeugung des Regelsignals ein Glied zur Bildung eines Produkts des ersten Signals und eines Werts, der eine Summe einer vorgegebenen positiven Konstanten sowie eines Produkts einer vorgegebenen negativen Konstanten und des zweiten Signals ist, umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Wert der vorgegebenen negativen Konstanten gleich dem oder kleiner als der Kehrwert eines maximal erwarteten Werts des ersten Signals ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kehrwert 0,04 ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Umgebungsgeräuschpegels eine Schaltung mit einer ersten Zeitkonstanten und die Einrichtung zur Erfassung des Tonsignalpegels eine Schaltung mit einer zweiten Zeitkonstanten, die kleiner als die erste Zeitkonstante ist, umfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Regelsignals ein von Hand betätigbares Schaltelement, das das zweite Produkt regelt, umfaßt.
13. Vorrichtung nach Anspruch Z, dadurch

gekennzeichnet, daß der Pegel eines der Einrichtung zur Einstellung des Verstärkungsgrads des Tonsignals eingegebenen Tonsignals durch Handbetätigt gung einstellbar ist.